专利名称：纸张纸病检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用计算机图象处理技术进行纸张纸病检测分析的系统。
背景技术：
造纸工业与国民经济息息相关，其发展程度直接反映了一个地区或国家的经济发展水平，造纸检测仪器在纸张质量的控制上占有重要的位置。在生产中，纸张的品质包括定量、水分、物理强度、光学性质和表面质量，纸张的纸病是用纸张的表面质量来表示，纸张表面质量的分级是由其缺陷类型和多少来决定的，纸张表面质量的分级形成了纸张的分类。目前，在纸张的质量检测问题上、不少厂家都是将纸张生产处理后，进行抽取样品并使用目测方法进行检测，这种检测方法效率低、费时，不能满足生产的自动化要求，且不合格的纸张很难彻底的检测出来。随着人们对纸张质量的要求的提高，造纸业需要对纸张的质量检测更为严格、快速的检测。
CCD(Charge Coupled Devices电荷耦合)器件是七十年代初发展起来的新型半导体器件。二十多年来，CCD器件的研究取得了惊人的进展，已成为现代光电子学和现代测试技术中最活跃、最富有成果的新兴领域之一。CCD器件具有的体积小、重量轻、分辨率高、精度高、稳定性能良好等特点，使得测量系统不须配置复杂的运动机械结构，就可得到较高的测量精度和良好的稳定性能，广泛用于摄像机、复印机、图文传真、文字、图像识别、自动精密测量等方面。计算机的广泛使用，使得由CCD器件测量得到的大量数据处理变得非常容易，对测量数据的处理可以经过存储，自动补偿和校正，以致最后打印输出。
CCD图像采集系统的基本结构是脉冲控制下的CMOS电容器阵列，它有面阵和线阵两类，具有电荷藕合、存储、转移功能，其注入方式有电荷注入方式有光注入和电注入两类，面阵CCD图像采集系统包括CCD传感器，CCD传感器把物体成像，摄取到的图像通过插在主板上的视频卡转换成数字信号显示出来的。
纸张纸病缺陷主要有折痕、空洞和黑点，一般纸张发现折痕或空洞就被定为废纸，所以黑点就被作为划分纸张等级的依据，黑点的具体分类如表1。
表1.纸张黑点分类表
根据生产的要求本系统将纸张分为三种优质纸张、普通纸张、废纸，见表2。
表2纸张等级分类表
发明内容本发明将公开一种利用CCD技术对纸张表面质量进行实时检测、动态测量、自动对产品按品质实行分级，检测出纸张表面存在的黑点及空洞等纸病缺陷，对纸张自动进行分类，对于不合格的纸张自动进行报警，并能自动计算出纸张的不合格率和各级纸张的数量及所占的比例的纸张纸病检测系统。
本系统包括图像采集部分、计算机处理、纸张分流机构、报警机构，其中图像采集部分为光注入方式面阵式CCD图像采集系统，CCD图像采集系统与计算机连接，计算机还分别与纸张分流机构、报警机构连接；用CCD图像采集系统采集纸张图像，并将摄取的图像信息输入计算机，计算机对图像信息数字化，即此时计算机获得的图像由许多像素组成；计算机对这些像素进行分析，检测出纸张上面所存在的黑点以及空洞，统计出该纸张的黑点和空洞的数量和面积，对照预先存入计算机的纸张标准进行判断，然后由计算机控制纸张分流机构对纸张质量自动进行分类，对于不合格的纸张，计算机控制报警机构自动进行报警，同时计算机自动计算出纸张的不合格率以及各级纸张所占的比例。
本系统CCD图像采集系统的镜头前端，还设有光学透镜，将待测纸张的信息全部成像在CCD图像采集系统的像敏区。
将CCD图像采集系统摄取的图像转换成计算机中的数字信号的过程为CCD图像采集系统摄取图像后，CCD首先将视频信号转换成数字信号，然后再通过CCD图像采集系统中的视频卡的驱动程序将图像显示在电脑屏幕上，然后将电脑屏幕上的图像拷贝到剪贴板，计算机再从剪贴板中将图片读出来，此时计算机获得的图像由许多像素组成，对图像中的像素点进行分析；先经过像点灰度调整，对采集的图像进行像素点分析处理，进行统计分类，从而把连续的图像变换成离散的数字图像。
本纸张纸病检测方法如下采用光注入方式面阵CCD器件摄取纸张图像，并把图像转换成数字信号传入计算机，即计算机图像由许多像素点组成，计算机对这些像素进行分析，检测出纸张上面所存在的黑点以及空洞等，统计出该纸张的黑点和空洞的数量和面积，对照预先存入计算机的纸张标准，对纸张质量自动进行分类，对于不合格的纸张可以自动进行报警，并自动计算出纸张的不合格率以及各级纸张所占的比例。
本纸张纸病检测系统及方法有以下优点该系统是CCD技术在非接触性测试中的一次成功运用，此系统的最大特点是实现在线非接触式检测，对生产现场的产品质量进行实时监控，同时实现与计算机通信，以方便对所测数据进行分析、比较、综合、归纳、分析产品质量下降的原因，并可自动提出检修方案，以便找到提高产品质量的措施，因此这一项目的推广应用将对造纸业的发展产生很大的作用，并将产生相当大的经济效益。与激光测量相比，本系统在价格及某些测量性能方面有很大的优势1>低成本与激光等非接触测量相比，用图象处理技术进行测量的成本相当低；2>可以实现复杂形状测量通过各种图象处理技术的结合，可以实现对复杂图形的测量；3>使用寿命长，测量精度高，测量方便、性能稳定可靠；4>非接触、精度高、测量速度快、等优点。
图1本系统一种实施方式工作原理图；图2本系统一种实施方式图像分析的流程图；图3本系统一种实施方式软件设计流程图。
1-CCD图像采集系统；2-计算机；3-凸透镜；4-控制线；5-数据线；6-光源；7-纸张。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
在图1所示的实施方式中，本系统主要由光源6、图像采集部分、计算机2、显示输出部分、机械换纸机构、纸张分流机构等部分构成，图像采集部分采用的是光注入方式面阵CCD图像采集系统1，CCD图像采集系统1的CCD传感器型号为用IA-D9-2048型面阵CCD，它采用帧转移方式，每秒14帧，具有多个输出端口，像元尺寸大，像敏元尺寸为12μm(H)×2μm(V)，像敏区面积为24.672mm(H)×24.672mm(H)，输出数据率高达60MHz，动态范围宽，为3000；水平和垂直转移效率为0.999999；工作温度范围为-60℃～+70℃；CCD图像采集系统镜头前设有光学透镜，在本实施方式中光学透镜为凸透镜3，该凸透镜3的参数关系为
β=y'y=-fx=-x'f']]>其中β-垂轴放大率；β’-；y-物高；y’-像高；f-物方焦距；x-物到物方焦点的距离；x’-像方焦点到像的距离。
CCD图像采集系统1与计算机2之间由控制线4和数据线连接5，计算机2还与显示输出部分、机械换纸机构、纸张分流机构等部分连接，光源6的光线透过设于光源6上的纸张7照射到凸透镜3上，凸透镜3将纸张图像成像于CCD图像采集系统1的CCD传感器内，CCD图像采集系统1将纸张图像数字化，即将视频信号转换成数字信号，然后再通过CCD图像采集系统1中的视频卡的驱动程序将图像显示在电脑屏幕上，然后将电脑屏幕上的图像拷贝到剪贴板，计算机再从剪贴板中将图片读出来，此时计算机获得的图像由许多像素组成，对图像中的像素点进行分析；具体是先经过像点灰度调整，对采集的图像进行像素点分析处理，进行统计分类，从而把连续的图像变换成离散的数字图像。
对图像中的像素点进行分析时，是先对图像中的像素点进行图像二值化即利用计算机将图像中的各像素点的颜色与基色相对比，如果像素点的颜色与基色之差大于二值化阀值，则将此像素点变成黑色，否则就将此像素点变成白色，实现对图像中的像素点进行图像二值化。
对图像中的像素点进行图像二值化后，需对图像进行一次滤波，滤除图像中孤立的黑色像素点，因为噪声的影响，图像在二值化以后会存在很多孤立的黑色像素点，这些孤立的黑点零散地分布在图像上，它几乎不会影响到纸张的质量(影响纸张质量的主要是一些黑点组成的黑点块)，但是它对于我们分析数据确不利，所以我们在进行数据分析前，要将这些黑点滤除掉；滤除这些黑点的方法就是对黑点周围的每一个点的颜色进行判断，如果发现其周围的点都是白点，则此黑点就属于一个孤立的黑色像素点，这样就应该将此黑点滤除掉，也就是将此像素点变成白色；相反，若该点周围只要有一点为黑点，则此黑点就不算是孤立的，所以就不应该滤除。
进行图像分析是对图像中的黑块数，黑块所占的面积，以及最大黑块面积，最小黑块面积以及黑块半径一个统计，检测出纸张上面所存在的黑点及空洞，统计出该纸张的黑点和空洞的数量和面积，通过这些统计数据来分析出纸张的质量；图像分析的过程如图2所示对图像中的每一个黑色像素点，假设此黑色像素点为A的四个方向(左上，正上，右上，左边)上的点进行判断，如果这四个点都为白点，则新建一个黑点块，且将此A点加入到新建的黑点块；如果这四个点中有一个点为黑点，设为B，则将A点加入B点所在的黑点块(根据判断顺序，B点必然已属于某一黑点块)，以相同的方法分析C点、D点，如此循环下来，直到将所有黑点判断完毕。则黑点块数即为所建立的黑点块数，同时每一黑点块所占的面积，黑点块的半径等数据也可以根据黑点块内的像素点数来得到。
进行二次滤波二次滤波功能主要是滤除掉黑块面积中小于指定面积的黑块，因为有些黑块面积太小可能并不影响到纸张的质量，所以我们需要将其滤除；通过上一步的图像分析以后，我们已经获得了每一黑块所占面积的数据，要滤除掉小于某一面积的黑块，只需要对每一黑块所占的面积进行判断，如果此黑块面积大于指定面积，则不滤除(保留)，如果此黑点面积小于指定面积，则将其滤除掉(也就是将此黑块内所有像素点都变成白点)；检测出纸张上面所存在的黑点以及空洞，统计出该纸张的黑点和空洞的数量和面积，对照预先存入计算机的纸张标准，由计算机控制纸张分流机构对纸张质量自动进行分类，对于不合格的纸张，计算机控制报警机构自动进行报警，同时计算机自动计算出纸张的不合格率以及各级纸张所占的比例。
其中计算机的检测软件可包括数据获取、数据分析、数据处理、数据存储、数据查询及输出五个模块，其流程图如图3所示，数据获取模块为读入纸张信息，纸张信息获取后，数据分析和处理模块判断纸张的暇疵的大小、灰度等级、延展方向、分布的范围，以此得出属于哪种纸张的范围，并进行存储和输出，然后根据生产实际的统计分析纸张暇疵产生的原因。
本系统一种实施方式软件流程是将计算机对面阵CCD图像采集系统摄入纸张图像数据进行如下分析1)折痕判断当程序判断纸张有折痕时，将各种缺陷数据进行分类存储后，按纸张的缺陷程度不同走纸；当程序判断纸张无折痕时，继续进行黑洞判断。
2)空洞判断当程序判断纸张有空洞时，将各种缺陷数据进行分类存储后，按纸张的缺陷程度不同走纸；当程序判断纸张无空洞时，继而进行黑点判断。
3)黑点判断当程序判断纸张有黑点时，将依次按照黑点的分布范围、面积大小、灰度等级对纸张进行分类，同时将将各种缺陷数据进行分类存储后，按纸张的缺陷程度不同走纸；当程序判断纸张无黑点时，将纸张作为无缺陷处理。
本纸张纸病检测方法如下采用光注入方式面阵CCD图像采集系统1摄入纸张图像，把图像转换成数字信号传给计算机2，即计算机图像由许多像素点组成，计算机对这些像素进行分析，检测出纸张上面所存在的黑点以及空洞等，统计出该纸张的黑点和空洞的数量和面积，对照预先存入计算机的纸张标准，对纸张质量自动进行分类，对于不合格的纸张可以自动进行报警，并自动计算出纸张的不合格率以及各级纸张所占的比例。
权利要求
1.纸张纸病检测系统，包括图像采集部分、计算机、纸张分流机构、报警机构，其特征在于其中图像采集部分为光注入方式面阵式CCD图像采集系统，CCD图像采集系统与计算机连接，计算机还分别与纸张分流机构、报警机构连接；用CCD图像采集系统摄取纸张图像，并将摄取的图像信息数字化后输入计算机，此时计算机获得的图像由许多像素组成；计算机对这些由像素组成的图像进行分析，检测出纸张上面所存在的黑点以及空洞，统计出该纸张的黑点和空洞的数量和面积，对照预先存入计算机的纸张标准进行判断，然后由计算机控制纸张分流机构对纸张质量自动进行分类，对于不合格的纸张，计算机控制报警机构自动进行报警，同时计算机自动计算出纸张的不合格率以及各级纸张所占的比例。
2.根据权利要求1所述的纸张纸病检测系统，其特征在于本系统CCD图像采集系统的镜头前端，还设有光学透镜，将待测纸张的信息全部成像在CCD图像采集系统的像敏区。
3.根据权利要求1所述的纸张纸病检测系统，其特征在于将CCD图像采集系统摄取的图像转换成计算机中的数字信号的过程为CCD图像采集系统摄取图像后，CCD首先将视频信号转换成数字信号，然后再通过CCD图像采集系统中的视频卡将图像显示在电脑屏幕上，然后将电脑屏幕上的图像拷贝到剪贴板，计算机再从剪贴板中将图片读出来，此时计算机获得的图像由许多像素组成，对图像中的像素点进行分析；先经过像点灰度调整，对采集的图像进行像素点分析处理，进行统计分类，从而把连续的图像变换成离散的数字图像。
4.根据权利要求1所述的纸张纸病检测系统，其特征在于计算机对图像进行分析时，是先对那些组成图像的像素进行分析，首先对图像中的像素点进行图像二值化即利用计算机将图像中的各像素点的颜色与基色相对比，如果像素点的颜色与基色之差大于二值化阀值，则将此像素点变成黑色，否则就将此像素点变成白色，实现对图像中的像素点进行图像二值化；对图像中的像素点进行图像二值化后，需对图像进行一次滤波，滤除图像中孤立的黑色像素点，滤除这些黑点的方法就是对黑点周围的每一个点的颜色进行判断，如果发现其周围的点都是白点，则此黑点就属于一个孤立的黑色像素点，这样就应该将此黑点滤除掉，也就是将此像素点变成白色；相反，若该点周围只要有一点为黑点，则此黑点就不算是孤立的，所以就不应该滤除。
5.根据权利要求1所述的纸张纸病检测系统，其特征在于进行图像分析是对图像中的黑块数，黑块所占的面积，以及最大黑块面积，最小黑块面积以及黑块半径一个统计，检测出纸张上面所存在的黑点及空洞，统计出该纸张的黑点和空洞的数量和面积，通过这些统计数据来分析出纸张的质量；图像分析的过程是对图像中的每一个黑色像素点，假设此黑色像素点为A的四个方向上的点进行判断，如果这四个点都为白点，则新建一个黑点块，且将此A点加入到新建的黑点块；如果这四个点中有一个点为黑点，设为B，则将A点加入B点所在的黑点块，根据判断顺序，B点必然已属于某一黑点块，以相同的方法分析C点、D点，如此循环下来，直到将所有黑点判断完毕；则黑点块数即为所建立的黑点块数，同时每一黑点块所占的面积，黑点块的半径等数据也可以根据黑点块内的像素点数来得到；进行二次滤波通过上一步的图像分析以后，我们已经获得了每一黑块所占面积的数据，要滤除掉小于某一面积的黑块，只需要对每一黑块所占的面积进行判断，如果此黑块面积大于指定面积，则保留，如果此黑点面积小于指定面积，则将其滤除掉。
全文摘要
本发明涉及纸张纸病检测系统，使用CCD图像采集系统摄取纸张图像，并将摄取的图像信息数字化后输入计算机，计算机对这些由像素组成的图像进行分析，检测出纸张上面所存在的黑点以及空洞，统计出该纸张的黑点和空洞的数量和面积，对照预先存入计算机的纸张标准进行判断，然后由计算机控制纸张分流机构对纸张质量自动进行分类，对于不合格的纸张，计算机控制报警机构自动进行报警，同时计算机自动计算出纸张的不合格率以及各级纸张所占的比例。此系统的最大特点是实现在线非接触式检测，对生产现场的产品质量进行实时监控，且低成本、可以实现复杂形状测量、使用寿命长，测量精度高，测量方便、性能稳定可靠、测量速度快。
文档编号B07C5/342GK101063659SQ20071010078
公开日2007年10月31日 申请日期2007年4月19日 优先权日2006年4月26日
发明者陈岳林, 陈金龙 申请人:陈岳林, 陈金龙